Genome Res.:基於染色質免疫沉澱和高通量測序的鑑定DNA易損位點的...

2020-11-30 生物谷

2012年12月17日，北京生命科學研究所杜立林實驗室在《Genome Research》雜誌在線發表題為「Mapping genomic hotspots of DNA damage by a single-strand-DNA-compatible and strand-specific ChIP-seq method」的文章。

在細胞的正常生理過程中，特別是DNA複製的過程中，DNA有可能發生損傷，從而對基因組的穩定性造成威脅。基因組結構與功能的不均一性使得在不同位置發生DNA損傷的機率也不相同。基因組上某些位點顯示更高程度的不穩定性和易受損性，比如人類染色體上的脆性位點。參與維持基因組穩定性的很多基因的一個功能是保護基因組上的某些特殊位點。當這些基因的功能喪失時，被它們保護的位點就可能變成DNA易損位點。因此，系統地分析不同基因突變體中DNA易損位點的分布規律和在這些位點發生的損傷的特徵，可以幫助我們更深入地了解維持基因組穩定性的機理。

利用DNA修復蛋白在DNA損傷位點聚集的特性，杜立林實驗室建立了一個基於染色質免疫沉澱和高通量測序的鑑定DNA易損位點的手段，稱為SPI-Seq。這個方法的主要特點是能報告結合單鏈DNA的修復蛋白（如Rad52）在基因組上的分布，並能揭示其結合的單鏈DNA的鏈特異性。

以裂殖酵母為模式生物，本文用一個引入基因組的HO內切酶識別序列驗證了SPI-Seq能檢測到Rad52在HO誘發的DNA雙鏈斷裂處單鏈DNA上的特異分布，同時還能檢測到基因組上以較低頻率發生的內源HO識別序列上的雙鏈斷裂，並且能以鹼基水平的解析度精確地捕捉斷裂發生的位置。

本文在幾個基因組穩定性下降的裂殖酵母突變體中利用SPI-Seq發現了在野生型中觀察不到的DNA易損位點。在DNA解旋酶Pfh1缺陷的突變體中發現Rad52富集於RNA聚合酶III轉錄的基因的模版鏈上。在組蛋白去乙醯化酶Hst4缺陷的突變體中發現伴隨複製叉移動積累起了具有鏈特異性的單鏈DNA。SPI-Seq所提供的鏈特異性信息對於了解DNA易損位點處積累的DNA結構，推斷損傷產生的過程提供了重要的線索。

本文的共同第一作者為該所和北京協和醫學院聯合培養的博士研究生周智雄和生物信息分析員張美俊。其他作者包括彭旭，許興亞，黃靈芝和日本帝京大學的高山優子博士。杜立林博士為本文的通訊作者。此項研究由科技部和北京市政府資助。(生物谷Bioon.com)

Mapping genomic hotspots of DNA damage by a single-strand-DNA-compatible and strand-specific ChIP-seq method

Zhi-Xiong Zhou1, Mei-Jun Zhang2, Xu Peng2, Yuko Takayama3, Xing-Ya Xu2, Ling-Zhi Huang2 and Li-Lin Du2,4

Spontaneous DNA damage may occur non-randomly in the genome, especially when genome maintenance mechanisms are undermined. We developed single-strand DNA (ssDNA)-associated protein immunoprecipitation followed by sequencing (SPI-seq) to map genomic hotspots of DNA damage. We demonstrated this method with Rad52, a homologous recombination repair protein, which binds to ssDNA formed at DNA lesions. SPI-seq faithfully detected, in fission yeast, Rad52 enrichment at artificially induced double-strand breaks (DSBs) as well as endogenously programmed DSBs for mating type switching. Applying Rad52 SPI-seq to fission yeast mutants defective in DNA helicase Pfh1 or histone H3K56 deacetylase Hst4 led to global views of DNA lesion hotspots emerging in these mutants. We also found serendipitously that histone dosage aberration can activate retrotransposon Tf2 and cause the accumulation of a Tf2 cDNA species bound by Rad52. SPI-seq should be widely applicable for mapping sites of DNA damage and uncovering the causes of genome instability.

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